DE1011094B - Anordnung fuer ein Funkenschneidgeraet zum elektrischen Abtrennen der Materialteilchen eines leitfaehigen Werkstueckes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Funkenschneidgerät zum elektrischen Abtrennen der Materialteilchen eines leitfähigen Werkstückes mit einer nahe dem Werkstück liegenden Elektrode und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von kurzen, zeitlich am Abstand auftretenden Spannungsstößen zwecks Erzeugung von Funkenentladungen am Spalt zwischen Werkstück und Elektrode und mit einem Speicherkreis, der ständig mit einer Gleichstromquelle verbunden ist.

Das sogenannte »Funkenschneiden« ist ein Verfahren, das nicht nur zur Metallabtragung, sondern auch zur Metallabtragung verwendet wird. In beiden Fällen handelt es sich um die stoßweise Entladung aufgestauter elektrischer Energie, und zwar geht es im wesentlichen um eine Schaltung, die zwischen den Elektroden sehr steil verlaufende Stromstöße mit möglichst konzentrierter Energieabgabe erzeugen soll. Man hat es bei dem »Funkenschneiden« oft, gewollt oder ungewollt, mit einem Gemisch aus Funken- und Lichtbogenentladungen zu tun und hat das ganze Verfahren zunächst für ein Lichtbogenverfahren gehalten. Das Funkenschneiden ist seit vielen Jahren bekannt, ebenso wie der gleitende Übergang von Lichtbogenentladung zur Funkenentladung, und umgekehrt.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die für Widerstands-Stoßschweißung mit Gleichstrom beschrieben sind und die einen Stoß-Transformator verwenden, dessen Sekundärwicklung an der Elektrode und am Werkstück liegt, und die eine Einrichtung zur Erzeugung kurzer Stromstöße und einen Schalter aufweisen, der diese Einrichtung periodisch mit der Primärwicklung des Transformators verbindet.

Mit der Erfindung soll nun eine Anordnung geschaffen werden, die die zur Bildung eines Funkens in dem zwischen Werkstück und Elektrode liegenden Spalt notwendige Spannung besser erzeugt und an den Spalt besser anlegt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Stromstöße einen Transformator aufweist, dessen Sekundärwicklung über den Spalt verbunden ist und dessen Primärwicklung periodisch mit dem Speicherkreis verbunden ■wird, um den Speicherkreis über die Primärwicklung periodisch zu entladen und nichtständige Stromimpulse im Sekundärkreis zu erzeugen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand einer bevorzugten Ausführung beschrieben. In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und teilweise in Ansicht wiedergegebene schematische Darstellung der Anordnung und der elektrischen Stromkreise, Anordnung für ein Funkenschneidgerät zum elektrischen Abtrennen der

Materialteilchen eines leitfähigen

Werkstückes

Anmelder: Firth Sterling Inc., Pittsburgh, Pa. (V.St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau, und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 13,

Ainmillerstr. 26, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. ν. Amerika vom 14. November 1951

Everard Mott Williams, Pittsburg, Pa. (V. St, A.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 2 ein ausführlicheres Schaltbild mit der schematisch dargestellten Elektrode und dem Werkstück, und

Fig. 3 zeigt in einem Kurvenbild die zwischen der Breite des Spaltes und der Sekundärspannung des Stromstoßtransförmators bestehenden Beziehungen.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage enthält die Schneidvorrichtung 1, ferner einen Stromstoßtransformator 2 zum Anlegen der Funkspannung; einen Schalter 3; ein stromstoßbildendes Leitungsnetz 4, das mittels des Schalters 3 periodisch an den Transformator gelegt werden kann; einen Regler 5, dessen Zweck später erläutert wird, und eine Stromquelle 6, die das Leitungsnetz 4 mit Strom versorgt. Die Vorrichtung 1 besitzt einen Fuß 10 mit einem an einer Seite des Fußes befindlichen Ständer 12. Ein auf dem Fuß 10 liegender Block 14 aus elektrisch isolierendem Stoff trägt einen Behälter 16 mit einer elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit 18, z. B. Kerosin oder Transformatoröl. An dem in dem Behälter vorgesehenen Lagerblock 20 ist ein Werkstück 22 mittels Halter 23 befestigt, die durch Schrauben 24 gehalten werden.

Der Ständer 12 trägt eine Vorschubvorrichtung 26 (schematisch dargestellt) mit einer lotrechten Spindel 27, die mittels eines Motors 28 über ein Kegelrad-

709 550/357

1 Oil

getriebe angetrieben wird. Durch den Umlauf des Motors hebt oder senkt die Spindel einen Halter 30, auf dem eine Elektrode 32 sitzt. Die Elektrode ist mittels der Leitung 34 mit einer Seite der Sekundärwicklung 25 von Transformator 2 verbunden, während der Werkstückhalter 20 mittels Leitung 36 mit der anderen Seite der Sekundärwicklung 25 in Verbindung steht. Schalter 3, Leitungsnetz 4 und Stromquelle 6 dienen, wie dies später beschrieben wird, zur periodischen Erregung der Primärwicklung 37 des Stromtransformators durch einzelne Stromstöße. Der Regler- 5 regelt den die Elektrode verstellenden Motor 28.

Die Einzelheiten der elektrischen Stromkreise und ihr Arbeiten wird mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben. Es wird eine Spannung erzeugt, die einen Funkenübergang zwischen der Elektrode 32 und dem Werkstück 22 verursacht, sobald der Schalter 3 geschlossen wird, um eine kurzzeitige Erregung der Primärwicklung 37 von Transformator 2 zu verursachen. Der Schalter 3 kann einfach eine rotierende Funkenstrecke sein, die mit gleichbleibender Drehzahl getrieben wird. Das den Stromstoß bildende Leitungsnetz 4 wird zuerst vor jedem Schließen von Schalter 3 aufgeladen, und zwar mittels einer Stromquelle 6 und eines. Widerstandes 40, der parallel liegt zu den aus Induktor und Kondensator bestehenden Kreisen 42, 44, 46 und 48, einem Kondensator 50 und einem Induktor 52, die alle in Reihe geschaltet sind. Die Konstanten des Leitungsnetzes sind so gewählt, daß im wesentlichen Stromstöße mit rechtwinkligen Flanken der Spannungskurve von wenigen Mikrosekunden Dauer erzeugt werden. Der Schalter 3 öffnet und schließt periodisch mehrere tausend Male je Sekunde. Während jedes Schließens wird das Leitungsnetz 4 entladen und dann mittels der Stromquelle 6 wieder aufgeladen.

Bei jedem Schließen von Schalter 3 erscheint der der Primärwicklung 37 von Transformator 2 zugeführte Strom hoher Spannung und niedriger Strom- stärke an den Klemmen der Sekundärwicklung 25 des Transformators als Stromstoß niedriger Spannung und hoher Stromstärke. Dieser Stromstoß fließt zum Teil durch einen parallel zur Sekundärwicklung liegenden Widerstand 54. Da die Elektrode 32 mit einer Klemme des Widerstandes 54 und das Werkstück 22 mit der anderen Klemme des Widerstandes 54 mittels der Klemmenhalter 23 verbunden ist, liegt die Spannung der Sekundärwicklung auch am Spalt. Wenn der Spalt so schmal ist, daß die Spannung das Dielektrikum 18 durchschlägt, entsteht ein Funken, durch den das Werkstück abgetragen wird. Beim Auftreten eines Funkens fließt ein kurzzeitiger starker Strom, und die Spannung über die Sekundärwicklung 25 fällt wegen des darin auftretenden Impedanzabfalles steil ab. Ist jedoch der Spalt zu breit für die Bildung eines Funkens, so fließt ein Strom durch den Widerstand 54, und die Spannung an den Klemmen der Sekundärwicklung 25 bleibt ungemindert bestehen.

Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Sekundärwicklung des Transformators und der Breite des Funkenspaltes. Die Spannung ist 0, wenn die Spaltbreite 0 oder Kurzschluß vorhanden ist. Erhöht sich die Spaltbreite von 0 auf W₁, so steigt die Spannung allmählich, wie durch e_t gezeigt, solange der Spalt klein genug ist, daß eine Funkenbildung auftritt. Sobald die Spaltbreite einen Wert W₁ erreicht, bei dem eine Funkenbildung nicht mehr länger auftreten kann, steigt die Spannung sofort, wie durch e₂ gezeigt, auf ihren Höchstwert e_s, auf dem sie für alle größeren Spaltenbreiten W₂ verbleibt.

Der Regler 5 bildet eine selbsttätige Einrichtung zum Regeln der Spaltbreite auf einen zwischen 0 und W₁ liegenden Wert, beispielsweise auf den Wert w_v der der Spannung e_i entspricht. Zu diesem Zweck wird die Sekundärspannung durch Leitungen 56 und 58 an einen Gleichrichter, z. B. die Diode 60, angelegt, deren Nutzleistung durch einen Widerstand 62 fließt. Ein dem Widerstand parallel liegender Kondensator 64 wird auf die Stromstoßspitzenspannung von Sekundärwicklung 25 geladen. Die am Kondensator 64 liegende Spannung bestimmt die Spannung am Gitter der Trioden-Verstärkerröhre 66 und vermindert deren Nutzleistung, sobald die Spaltbreite erhöht wird. Die Nutzleistung von Triode 66 erregt eine Feldwicklung 68 eines dynamoelektrischen Verstärkers, dessen entgegengesetzte Feldwicklung bei 70 und dessen Anker bei 72 dargestellt ist. Die Wicklung 70 wird unter Regelung eines Widerstandes 76 durch die Anodenstromquelle 74 für die Triode 66 erregt. Der Anker 72 wird mit gleichbleibender Drehzahl durch eine beliebige Einrichtung (nicht dargestellt) angetrieben. Die Feldwicklung 68 erzeugt eine Spannung, die den Anker 78 von Motor 28 über die Leitungen 80 und 82 in einer Richtung dreht, die einer Vergrößerung des zwischen Elektrode 32 und Werkstück 22 befindlichen Spaltes entspricht. Die zusammengefaßte Wirkung der beiden Wicklungen regelt die Stellung der Elektroden auf einen Punkt, der einer mittleren Sekundärspannung, z. B. e₄, des Transformators entspricht, deren Wert durch Verstellen von Widerstand 76 geregelt werden kann, um eine Funkenbildung gewünschter Genauigkeit zu erzielen. Das Feld 84 von Motor 28 wird natürlich von einer Stromquelle 86 aus ständig erregt. Der Widerstand 54 ist nicht wesentlich für das Arbeiten der Vorrichtung, verbessert jedoch das Arbeiten der Vorrichtung.

Auf Grund der Frequenz, mit der der Schalter 3 schließt und öffnet, und der Merkmale des Leitungsnetzes 4 treten aufeinanderfolgende Funkenentladungen zwischen der Elektrode und dem Werkstück mit schneller Geschwindigkeitsfolge auf, so daß ein schnelles Schneiden des Werkstückes erfolgt. Die hier dargestellte Anlage unterliegt keiner Beschränkung, die durch die Notwendigkeit der Entionisierung der Funkenbahn bisher erforderlich war, da diese Entionisierung zum weiteren Arbeiten der Vorrichtung nicht notwendig ist. Da ferner der Transformator einen nahezu einseitig gerichteten Stromstoß hoher Spannung der Schneidvorrichtung zuführt, tritt nur wenig Erosion der Elektrode auf. Je kleiner aber die Menge an Elektrodenmaterial, das entfernt wird, desto größer ist die Genauigkeit und die Geschwindigkeit des Schneidens.

Es können verschiedene Änderungen in der hier beschriebenen Anordnung vorgenommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung für ein Funkenschneidgerät zum elektrischen Abtrennen der Materialteilchen eines leitfähigen Werkstückes mit einer nahe dem Werkstück liegenden Elektrode und mit einer Einrichtung zum Erzeugen von kurzen, zeitlich im Abstand auftretenden Spannungsstößen zwecks Erzeugung von Funkenentladungen am Spalt zwischen Werkstück und Elektrode und mit einem Speicherkreis, der ständig mit einer Gleichstrom-

1 Oil 094

quelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen der Stromstöße einen Transformator (2) aufweist, dessen Sekundärwicklung (25) über den Spalt verbunden ist und dessen Primärwicklung (37) periodisch mit dem Speicherkreis verbunden wird, um den Speicherkreis über die Primärwicklung (37) periodisch zu entladen und nichtständige Stromimpulse im Sekundärkreis zu erzeugen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkreis aus einem stromstoßbildenden Leitungsnetz (4) und aus einem Schalter (3) besteht, der das Leitungsnetz (4) periodisch in Reihe mit der Primärwicklung verbindet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (3) eine rotierende Funkenstrecke in Reihe mit der Primärwicklung (37) enthält.

4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (54) parallel zum Spalt liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Französische Patentschrift Nr. 937 762;

deutsche Patentschriften Nr. 224 879, 226 238, 431;

Zeitschrift »Stanki i Instrument«, Dezember 1946, S. 8 bis 11; Februar 1947, S. 4 bis 8;

Zeitschrift »Iron Age«, März 1951, S. 65 bis 67.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen